光纤通信测量光接口的传输指标和测试
光纤通信实验报告
2．了解电话呼叫接续过程；3．掌握电话呼叫时的各种可闻信号音的特征； 4．了解记发器的工作过程； 5．掌握PCM 编译码原理；6．了解双光纤全双工通信的组成结构。
二、实验仪器1．光纤通信实验箱 2．20M 双踪示波器3．FC-FC 单模光跳线 2根 4．小型电话单机 2部 5．铆孔连接线 若干三、基本原理本实验系统主要由两大部分组成：电端机部分、光信道部分。
电端机由电话用户接口电路A 、PCM 编译码A 、记发器电路、PCM 编译码B 、电话用户接口电路B 等组成，光信道为双光纤通信结构。
电话语音信号的光纤传输，可以有多种方式，一种是原始语音信号，经过光纤直接进行传输；另一种方式是先把话音信号数字化，然后再经过光纤传输，目前使用最多的是PCM 编译码方式。
下面先介绍本实验平台上两路电话电路接口示意图。
图7.1.1 电话用户A 、B 结构示意图图7.1.2 电话用户A 、B 模拟光传输结构示意图（A 到B 单工）P601用户A用户BP804激光/探测器P201P205PCM 编码 PCM译码TP801/802P801P802P804用户B ：49P803PCM 编码 PCM译码P601P602P603P604TP601用户A ：48图7.1.3数字电话光纤通信基本组成结构示意图（一）电话接口电路原理介绍用户电路也可称为用户线接口电路（Subscriber Line Interface Circuit —SLIC ）。
任何交换机都具有用户线接口电路。
根据用户电话机的不同类型，用户线接口电路（SLIC ）分为模拟用户接口电路和数字用户接口电路两种。
模拟用户线接口电路在实现上的最大压力是应能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变压器（或混合线圈）、继电器等分立元件构成。
在实际中，基于实现和应用上的考虑，通常将BORSHCT 功能中过压保护由外接元器件完成，编解码器部分另单成一体，集成为编解码器（CODEC ），其余功能由集成模拟SLIC 完成。
光纤通信测量光接口传输指标和测试
光 特率
(kbit/s)
光源
2048
LED
8448
LD LED
34368
LD LED
139264
LD LED
平均发送光功率(dBm)
多模系统
单模系统
850nm
≥-18
≥-12 ≥-18
≥-12 ≥-20
l2 l
0
l1
l2
l
MLM的典型光谱特性
LED的典型光谱特性
σ的大小与积分区域的选择密切相关。若积分
区域大，即l1和l2处功率电平相对峰值功率电 平跌落的分贝数大，则求得的σ就大
ITU-T建议G.957规定跌落分贝数至少应为20dB， 其值大小则随比特率而异。
光纤通信测量光接口传输指标和测 试
最大-20dB宽度
多纵模激光器和发光二极管 度量其光脉冲能量的集中程度
l2
l2
2ll02•Pldl/Pldl
l1
l1
l2
l2
l2 0
l•Pldl/Pldl
l1
l1
P(l)是实测的光源光谱特性，l1和l2是相
对峰值功率跌落规定分贝数的波长，l0
是峰值波长
光纤通信测量光接口传输指标和测 试
dB
dB
0
1
-x
-x
0
l1
主纵模(M1)平均光功率与最强的边模(M2)
的光功率之比的最小值
SMSR
10lg
M1 M2
ITU-T建议G.957规定SLM的最小边模抑 制比为30dB
光纤通信测量光接口传输指标和测 试
光谱特性的测试
光接口指标值
1 附录1.1 附录一：再生段距离计算再生段距离的计算分为两种情况: 第一种情况是损耗受限，即再生段距离由光通道衰减决定。
第二种情况是色散受限，即再生段距离由光通道总色散所限定。
采用最坏值法设计时，损耗受限系统的实际可达再生段距离可用下式来估算:L=P-P-P-2A-M T R p CfCαα+s式中:PT－表示寿命终了时发送光功率(dBm)PR－表示寿命终了时接收灵敏度(dBm)(BER≤10E-12)Pp－表示光通道代价(dB) -----在G.652光纤上一般对于STM-1/4，取1dB；对于STM-16，类型S-16.1,L-16.1取1dB,类型L-16.2,V-16.2,U-16.2取2dB。
Ac－表示每个活动连接器损耗(dB)Mc－表示系统富裕度(dB)光纤衰减系数（包括光纤熔接头衰耗）1.31μm af=0.37dB/km1.55μm af=0.22dB/km每个活动连接器损耗：Ac=0.5 dB光纤熔接头平均衰减：as =0.055 dB/Km系统富裕度：Mc=3dB1.155Mbit/s光接口:长距离光接口发送光功率为-4dBm，按劣化1dBm考虑，其寿命终了时发送光功率为-5dBm；接收灵敏度为-36dBm，按劣化3dBm考虑，其寿命终了时的接收灵敏度为-33dBm.1.31μm长距离：[-5-(-33)-1-1-3]/(0.37+0.055)=54.1Km1.55μm长距离：[-5-(-33)-1-1-3]/(0.22+0.055)=83.6Km最大传输距离（衰耗限制）：83.6Km2.622Mbit/s光接口622Mbit/s光器件：S-4.1:光接口发送光功率为-13.5dBm,按劣化1dBm考虑，其寿命终了时发送光功率为-14.5dBm；接收灵敏度为-30dBm，按劣化3dBm 考虑，其寿命终了时的接收灵敏度为-27dBm.[-14.5-(-27)-1-1-3]/(0.37+0.055)=17.6kmL-4.1：光接口发送光功率为-2dBm，按劣化1dBm考虑，其寿命终了时发送光功率为-3dBm；接收灵敏度为-30dBm，按劣化3dBm考虑，其寿命终了时的接收灵敏度为-27dBm.[-3-(-27)-1-1-3]/(0.37+0.055)=44.7kmL-4.2：光接口发送光功率为-2dBm，按劣化1dBm考虑，其寿命终了时发送光功率为-3dBm；接收灵敏度为-30dBm，按劣化3dBm考虑，其寿命终了时的接收灵敏度为-27dBm.[-3-(-27)-1-1-3]/(0.22+0.055)=69.1kmV-4.2：光接口发送光功率为-2dBm，按劣化1dBm考虑，其寿命终了时发送光功率为-3dBm；接收灵敏度为-38.5dBm，按劣化3dBm考虑，其寿命终了时的接收灵敏度为-35.5dBm.[-3-(-35.5)-1-1-3]/(0.22+0.055)=100km最大传输距离（衰耗限制）：100km622Mbit/s色散限制：根据ITU-T建议G.957 ε=B·D·L·δλ×10-6ε=0.306（单模光发送模块）B为传输速率（Mbit/s）D为光纤色散系数（ 1.55μm：D=20 ps/nm.km）L为传输距离δλ为光源的均方根谱宽，一般SLM: -20dB谱宽δλ-20=1nm，δλ=δλ-20/6.07D.L=ε×δλ106B=(0.306×106)/(622.080×1/6.07)=2986 ps/nm1.55μm时：距离：L=2986/20=149.3Km所以，对于622Mb/s系统，一般可不考虑色散受限问题。
光纤通信测量技术
～ ～ ～ 滤波器
相移法光纤色散测量系统框图
27
截止波长测量 根据公式，
c
2a n12 n22
2.405
实际截止波长的测量有：
1. 在弯曲状态下，测量损耗—波长函数的传输功率法； 2. 改变波长，观察LP01模和LP11模产生的两个脉冲变为一 个脉冲的时延法；
3. 改变波长，观察近场图由环形变为高斯形的近场法。
18
OTDR曲线示例：
OTDR 连接器
熔接点
连接器 (P.P.)
光纤末端
功率 (dB)
损耗 斜率显示衰减
反射
距离 (km)
19
AE3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ00介绍
RJ45网口
2个USB接口
测试端口
6.4吋TFT彩屏
便携提 手
方向控制键
单键测试
一键智 能
20
简洁直观的结果显示
21
光纤带宽的测量
1) 时域法（又称脉冲法）
频 率f / MHz 0
－6
f 6dB
H1( f )
H(f ) H2( f )
光纤频率响应和6dB电带宽
25
色散测量
光纤色散测量有相移法、脉冲时延法
和干涉法等。这里只介绍相移法，这种方
法是测C量(单)L模 光纤色散C的(基) 准方法。
Lw
26
光源 振荡器
包层模消除器
光检测器
波长选择器
被测光纤
相位计 计算机
光 源 L＞ Le
连 接 器 P 1
稳 态 模 光 纤
被 测 光 纤 L
连 接 器光 功 P 2 率 计
10
2. 瑞利散射光功率与传输光功率成比例。利用与传输光相反 方向的瑞利散射光功率来确定光纤损耗系数的方法，称为后向 散射法。 正向和反向平均损耗系数
SDH光接口参数测试分解
SDH光接口参数测试一、平均发送光功率A、指标要求：发送机的发送功率定义为发送参考点（S参考点）所测得的发送机发送伪随机序列（PRBS）信号时的平均光功率。
其指标要求见表1：L – 4.3 1480 1580 SLM 2dBm - 3dBmSTM –162488.320Mbit/s I - 16 1266 1360 MLM - 3dBm - 10dBm S –16.11260 1360 SLM 0dBm - 5dBm S –16.21430 1580 SLM 0dBm - 5dBm L –16.11280 1335 SLM 3dBm - 2dBm L –16.21500 1580 SLM 3dBm - 2dBm L –16.31500 1580 SLM 3dBm - 2dBm表1：SDH光接口平均发送光功率指标B、基本测试框图：C、测试步骤：1、按照图1进行配置连接；2、SDH测试设备发送规定传输比特率、码型和长度的伪随机信号；3、用标准测试光纤软线将待测光端机的发送端输出活动连接器与光功率计输入活动连接器相连，在光功率计上读得的光功率数值就是要测的平均发送光功率。
注：该项指标的测试尽管简单，但测量准确度却往往并不太理想，常可能超过0.5dB，因此，必须对光源、检测器（光功率计）、校准程序及环境条件按规定进行严格的要求，以控制测试偏差。
此外，采用标准测试光纤软线进行测试也是减小测试误差的重要手段。
二、眼图模板A、指标要求：在高比特率光通信系统中，发送光脉冲的形状不易控制，常常可能有上升沿、下降沿过冲、下冲和振铃现象。
这些都可能导致接收机灵敏度的劣化，需要严加限制。
为此，ITU-T G.957规定了一个发送眼图的模板，如图2，模板参数列于表2中。
采用眼图模板法比较简便，而且可能捕捉到一些观察单个孤立脉冲所不易发现的现象。
但测试结果与所选择的测试参考接收机（光示波器）密切相关，因此其低通滤波器必须标准化。
光纤活动连接器技术及指标要求
光纤活动连接器技术及指标要求一、引言光纤活动连接器，俗称活接头，国际电信联盟（ITU）建议将其定义为“用以稳定地，但并不是永久地连接两根或多根光纤的无源组件”。
主要用于实现系统中设备间、设备与仪表间、设备与光纤间以及光纤与光纤间的非永久性固定连接，是光纤通信系统中不可缺少的无源器件。
正是由于连接器的使用，使得光通道间的可拆式连接成为可能，从而为光纤提供了测试入口，方便了光系统的调测与维护；又为网路管理提供了媒介，使光系统的转接调度更加灵活。
由于光纤活动连接器在光纤通信系统中具有如此重要的作用，因此各国的厂家对此投入了大量的人力、物力，进行了积极和深入的研究，研制开发出了多种光纤活动连接器，现已广泛地应用于各类光纤通信系统中。
二、光纤活动连接器的一般特征大多数的光纤活动连接器是由三个部分组成的：两个配合插头和一个耦合管。
两个插头装进两根光纤尾端；耦合管起对准套管的作用。
另外，耦合管多配有金属或非金属法兰，以便于连接器的安装固定。
光纤活动连接器的对准方式有两种：用精密组件对准和主动对准。
高精密组件对准方式是最常用的方式，这种方法是将光纤穿入并固定在插头的支撑套管中，将对接端口进行打磨或抛光处理后，在套筒耦合管中实现对准。
插头的支撑套管采用不锈钢、镶嵌玻璃或陶瓷的不锈钢、陶瓷套管、铸模玻璃纤维塑料等材料制作。
插头的对接端进行研磨处理，另一端通常采用弯曲限制构件来支撑光纤或光纤软线以释放应力。
耦合对准用的套筒一般是由陶瓷、玻璃纤维增强塑料（FRP）或金属等材料制成的两半合成的、紧固的圆筒形构件做成的。
为使光纤对得准，这种类型的连接器对插头和套筒耦合组件的加工精度要求很高，需采用超高精密铸模或机械加工工艺制作。
这一类光纤活动连接器的介入损耗在（0.18～3.0）dB范围内。
主动对准连接器对组件的精度要求较低，可按低成本的普通工艺制造。
但在装配时需采用光学仪表（显微镜、可见光源等）辅助调节，以对准纤芯。
为获得较低的插入损耗和较高的回波损耗，还需使用折射率匹配材料。
光纤传输技术和标准
光纤传输技术和标准光纤传输技术是一种基于光信号传输的通信技术，它采用了光纤作为传输介质。
光纤传输技术具有高传输带宽、低传输损耗、抗干扰、安全可靠等优点，因此在现代通信领域得到了广泛应用。
光纤传输技术的发展离不开一系列国际标准的支持，这些标准规定了光纤传输系统的性能要求、技术指标、接口标准等，为光纤传输技术的推广和应用提供了有力保障。
本文将对光纤传输技术和相关标准进行详细介绍。
一、光纤传输技术1. 光纤传输原理光纤传输技术是利用光的全内反射特性传输光信号的技术。
光纤传输系统一般由光源、调制器、光纤、解调器和接收器等组成。
光源产生光信号，经过调制器调制后，由光纤传输，最后由解调器恢复成电信号，供接收器接收和解码。
光纤传输技术采用光信号传输，具有信号传输速度快、传输延迟低、抗干扰能力强等优点。
2. 光纤传输的类型根据传输方式的不同，光纤传输可以分为单模光纤传输和多模光纤传输两种类型。
单模光纤传输适用于长距离、高速传输，传输的光信号呈单模态传输；而多模光纤传输适用于短距离、低速传输，传输的光信号呈多模态传输。
根据不同的应用需求，可以选择合适的光纤传输类型。
3. 光纤传输的应用领域光纤传输技术广泛应用于通信、数据中心、医疗、工业自动化、军事等领域。
在通信领域，光纤传输技术被用于实现光纤通信网络，包括光纤到户、光纤骨干网等系统；在数据中心领域，光纤传输技术被用于构建高速、低延迟的数据传输网络；在医疗领域，光纤传输技术被用于激光手术、光纤内窥镜等医疗设备；在工业自动化领域，光纤传输技术被用于传感器信号传输、工业网络通信等；在军事领域，光纤传输技术被用于构建军用通信网络等。
二、光纤传输标准1. 光纤传输技术标准国际电信联盟（ITU）发布的G.652系列标准规定了单模光纤传输系统的性能要求、技术指标和接口标准，其中包括了光学参数、几何参数、传输性能要求等内容。
G.652系列标准为单模光纤传输技术的发展提供了技术规范支持。
光接口指标含义
光接口是光纤通信系统的特有接口，它的指标测试依据由实际设计要求来确定。
图5-13中的S，R点为光接口，在S点的主要指标有平均发送光功率和消光比，在R点的主要指标有接收机灵敏度和动态范围。
1．平均发送光功率(1)平均发送光功率的含义平均发送光功率是指在光端机正常工作条件下输出的平均光功率，即光源尾纤输出的平均光功率．平均发送光功率的功率值用PT（μW）表示，电平值用LT( dBm)表示，光功率值与电平值之间的关系是：一般把dBm作为平均发送光功率的单位，平均发送光功率与光源类型、标称波长、传输容量、光纤类型有关．例如一个速率为139 264 kbit/s的单模光纤通信系统，标称波长为1 3 10nm，采用LD光源时，平均发送光功率应大于或等于一9dBm．还要指出的是，对于一个实际的光纤通信系统，平均发送光功率并不是越大越好．虽然，从理论上讲，发送光功率越大，通信距离就越长，但光功率太大会使光纤工作在非线性状态，这种非线性效应会对光纤产生不良影响，所以PT应有合适的数值．(2)测试方法平均发送光功率的测试方框图如图5-14所示．各种指标的测试都要送人测试信号，不同码速的光端机要求送入不同的PCM测试信号．速率为2 048 kbit/s和8 448 kbit/s的光端机送215-l序列的伪随机码，其速率为34 368 kbit/s和139 264 kbit/s的光端机送223一l序列的伪随机码，且2 048 kbit/s，8 448k bit/s和34 368 kbit/s三种速率的码型应为HDB3码，139 264 kbit/s速率的码型应为CMI码．误码仪的作用就是应能产生这些不同速率、码型和长度的伪随机测试信号．具体测试步骤如下：①如图5-14所示，将误码仪、光功率计与光端机连接．其中光纤测试线将光端机输出活动连接器与光功率计输入活动连接器相连．②误码仪发送符合要求的伪随机测试信号．③读取光功率计上的数值即是平均发送光功率，说明：①平均发送光功率与注入光源的电流大小有关，测试时的注入电流应是系统正常工作时的注入电流。
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l2
l
σ 的大小与积分区域的选择密切相关。若积分 区域大，即l1和l2处功率电平相对峰值功率电 平跌落的分贝数大，则求得的σ 就大 ITU-T建议G.957规定跌落分贝数至少应为20dB， 其值大小则随比特率而异。
最大-20dB宽度
单纵模激光器 光谱宽度是按相对主模中正波长的最大 峰值功率跌落-20dB时的最大全宽来定义 dB 的 0 高斯形主模光谱特性 -20dB全宽=6.07σ -20 2.58倍的-3dB全宽t3 l l l
测试步骤
1 按图连接电路。 2 误码仪（或传输特性测试仪）发送规定比特 率、码型和长度的伪随机测试信号。 3 用标准测试光纤软线（其长度不短于 2 米） 将待测光端机发送端输出活动连接器与光功率 计输入活动连接器相连，此时从光功率计直接 读出以 dBm 为单位的数值 LT，而有的光功率计 只能读得mw(PT)数，则可按下式换算成dBm， 即： LT=10lg(10-3·PT)
消光比的测试
消光比的测试原理图与平均发送光功率 的测试原理图一样 1 误码仪 ( 传输特性测试仪 ) 发送规定传 输比特率、码型和长度的伪随机测试信 号，用光功率计测出平均发送光功率 PT。 2 将光端机中线路编码盘拨出，测出此 时全“0”码输入的平均发送光功率P0。 3 按定义计算可得到消光比值。
光谱特性的定义
对于140Mbit/s速率及更低的速率情况下， 通常为损耗受限系统 对于565Mbit/s速率以上的系统为色散受 限系统 ，光源的光谱特性将成为制约系 统性能的至关重要的参数
最大均方根宽度（σ ）
多纵模激光器和发光二极管 度量其光脉冲能量的集中程度
ll 0 P l d l / P l d l
3.1 发送机
平均发送光功率的定义 消光比 光谱特性 眼图模板
平均发送光功率的定义
光端机的平均发送光功率是指给光端机 电接口输入223-1或215-1的伪随机码时， 光端机输出端S点测量的平均光功率。 单位：绝对功率电平“dBm” 当采用LD光源时，一般为-9dBm、6dBm、-3dBm；当采用LED光源时，一 般不小于-30dBm
平均发送光功率(dBm)
标称比 特率 (kbit/s)
光源
多模系统 850nm 1310nm
单模系统 1310nm
2048
8448
LED
LD LED LD LED
≥-18 ≥-12 ≥-18 ≥-12 ≥-20
≥-25
≥- 9 ≥-25 ≥- 9 ≥-25
≥-30
≥-9 ≥-30 ≥-9 ≥-30
误码仪
T′
光端机
光谱分 析仪仪
光谱特性的测试图
1 用光谱分析仪测出光谱，从中找出最 高功率电平并记录下峰值波长，在分别 记录下比峰值功率电平跌落规定分贝数 的短波长l1和长波长l2。 2 根据定义即可求得符合要求的光谱特 性参数：σ 、SMSR和-20dB宽度。
眼图模板
SDH系统 在高比特率光通信系统中，发送光脉冲 的形状不易控制，常常可能有上升沿、 下降沿、过冲、下冲和振铃现象。这些 都可能导致接收灵敏度的劣化，需要严 加限制。 捕捉到一些观察单个孤立脉冲所不易发 现的现象
2 2
l 2
l 2
l 1
l 1
l l P l /P l l d l d
2 0
l 2 l 1
l 2 l 1
P(l)是实测的光源光谱特性，l1和l2是相 对峰值功率跌落规定分贝数的波长，l0
是峰值波长
dB 0
dB 1
-x 0 l1 MLM的典型光谱特性 l2 l
-x
0
l1 LED的典型光谱特性
第 3章 光接口的传输指标和测试
CTX 发送 S 光 缆 设 施 R
CRX
接收
光接口示意图
S点是紧靠着发送机（TX）的活动连接器（CTX） 后的参考点，R点是紧靠着接收机(RX)的活动 连接器(CRX)前的参考点 光接口主要指S点和R点的物理接口，它们分别 是发送机与光纤(光缆)线路，以及接收机与光 纤(光缆)线路之间的互连点
消光比的定义
光端机的电接口输入为全“ 1 ”码和全 “ 0 ”码时的平均发送光功率之比，用 EXT表示 P1
EXT P0
P1=2PT
2 PT EXT P0
无输入信号时，光端机输出平均发送光 功率P0，对接收机来说是一种噪声，会 降低接收机灵敏度，因此希望消光比越 大越好。但是，对激光器LD来讲，要使 消光比大就要减小偏置电流，从而使光 源输出功率降低，谱线宽度增加等。特 别是采用DFB激光器时，偏置电流大些可 减少啁啾声线宽，而要求消光比大会使 偏置电流减小从而使啁啾声功率代价增 加，抖动也增加，所以要全面考虑消光 比与其它指标之间的矛盾。
0
12SLM的典型光 Nhomakorabea特性最小边模抑制比(SMSR)
定义为最坏反射条件时，全调制条件下 主纵模(M1)平均光功率与最强的边模(M2) 的光功率之比的最小值
M1 SMSR 10lg M2
ITU-T建议G.957规定SLM的最小边模抑 制比为30dB
光谱特性的测试
紧密测试光纤
说明：平均发送光功率与光端机输出光 脉冲波形有关，目前有NRZ码和50%占 空比的RZ码两种波形，前者比后者的平 均发送光功率大3dB。国标GB/T1399792（光端机的技术要求）中规定：单模 光纤系统用NRZ码测量，多模光纤系统 用RZ码测量 平均发送光功率与光源的注入电流大小 有关，测试应在正常注入电流条件下进 行。
34368
139264
LD LED
-
≥-9 -
≥-9 ≥-30
测试方法
误码仪 T′
C S
光端机 连接器 光功率计
平均发送光功率的测试图
速率为2.048Mbit/s和8.448Mbit/s的端机，要 求送215-1序列的伪随机码，对于34.368Mbit/s 和139.264Mbit/s的光端机，要求送223-1序列 的伪随机码。 其码型应符合电接口的码型要求，即： 2.048Mbit/s、8.448Mbit/s和34.368Mbit/s三种 电接口的码型应为HDB3码，139.264Mbit/s接 口的码型应为CMI码。